DE10041692A1

DE10041692A1 - Längen- oder Winkelmeßgerät

Info

Publication number: DE10041692A1
Application number: DE10041692A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Tondorf
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2000-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2002-03-07
Also published as: DE50107584D1; US20030172538A1; EP1313998A1; US6810601B2; WO2002016862A1; EP1313998B1; ATE305597T1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Längen- oder Winkelmeßgerät, bei dem zur möglichst feinfühligen Justierung des Winkels zwischen einer Maßverkörperung (2) und einer Abtastplatte (9) eine mittels einer Differentialschraube (16) und eines Biegegelenks (5) verschwenkbare Halterung (6) zum Einsatz kommt. Durch die Kombination von Differentialschraube (16) mit Biegegelenk (5) ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Vibrationsfestigkeit der Anordnung und der Zahl der benötigten Bauteile.

Description

Die Erfindung betrifft ein Längen- oder Winkelmeßgerät gemäß dem Ober begriff des Anspruches 1. Derartige Meßgeräte werden vor allem zur Be stimmung der relativen Verschiebung oder absoluten Position von bewegli chen Maschinenteilen, z. B. bei Werkzeug- oder Meßmaschinen, eingesetzt.

In Längen- und Winkelmeßgeräten der genannten Art wird eine Maßverkör perung z. B. in Form eines optischen Gitters von einem Sensor abgetastet, der hinter einer Abtastplatte in Form eines weiteren Gitters angebracht ist. Eine genaue Justierung des Winkels zwischen den beiden Gittern ist dabei notwendig, um den bei zueinander verkippten Gittern entstehenden Moiré- Effekt zu vermeiden, indem die beiden Gitter parallel gestellt werden, bzw. um einen Moiré-Effekt absichtlich zu erzeugen, indem ein bestimmter Winkel genau eingestellt wird. Sind auf der Maßverkörperung mehrere Spuren auf gebracht, wirken sich zu große Winkelfehler so aus, daß der Bezug der Spu ren untereinander verloren geht. Eine Referenzmarke kann dann unter Um ständen nicht mehr der richtigen Periode einer Inkrementalteilung zugeord net werden.

Zur Einstellung des Moiré-Winkels zwischen der Maßverkörperung eines Maßstabes und der Abtastplatte einer Abtasteinheit wird gemäß der DE 28 44 066 ein Hebelarm vorgeschlagen, der auf der einen Seite über ein Biegegelenk am beweglichen oder festen Maschinenteil befestigt ist, auf der anderen Seite eine Verstellschraube aufweist, die sich an diesem Maschi nenteil abstützt, und der den Abtastkopf mit Abtastplatte trägt. Eine Verstel lung der Schraube bewirkt so eine Verschwenkung des Hebelarmes mit Ab tasteinheit und damit eine Verstellung des Moiré-Winkels.

Nachteilig an dieser Anordnung ist, daß sie keine feinfühlige Justierung des Moiré-Winkels erlaubt. Bei einer typischen Hebelarmlänge von 50 mm und einer Verstellschraube mit einer Gewindesteigung von 0,8 mm ergibt sich eine Winkeländerung von l6 mrad für eine Umdrehung der Schraube. Au ßerdem ist in dieser Anordnung der Hebelarm nur in einer Richtung gegen Vibrationen geschützt. Die Abtasteinheit muß daher durch eine zusätzliche Klemmschraube gesichert werden.

Bekannt ist es, als Feineinstellgetriebe ein Zweifachschraubengetriebe mit einer Differentialschraube zu verwenden, wie es etwa bei S. Hildebrand: Feinmechanische Bauelemente, Hanser Verlag, München Wien 1978, 3. Auflage, S534-S536 beschrieben ist. Ein Zweifachschraubengetriebe er laubt eine feinfühlige Justierung in linearer Richtung, da die Abstandsände rung zweier mit der Differentialschraube verbundener Objekte bei einer Schraubenumdrehung gerade der Differenz der beiden Gewindesteigungen der Differentialschraube entspricht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Längen- oder Winkelmeßgerät an zugeben, das eine feinfühlige Justierung des Moiré-Winkels erlaubt, eine vibrationsarme Befestigung der Abtasteinheit gestattet und dabei mit weni gen Bauteilen auskommt.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des An spruches 1. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Maß nahmen, die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind.

So wird nun die Verstellung eines Hebels, der über ein Biegegelenk am festen oder beweglichen Maschinenteil befestigt ist, dadurch ermöglicht, daß statt einer gewöhnlichen, an diesem Maschinenteil aufliegenden Schraube eine Differentialschraube vorgesehen ist, die mit ihrem ersten Gewinde mit dem Hebel verschraubt ist und mit ihrem zweiten Gewinde mit diesem Ma schinenteil verschraubt ist. Dreht man nun die Schraube um eine Umdre hung, ändert sich der Abstand des Hebelendes zu diesem Maschinenteil gerade um die Differenz der Gewindesteigungen, wenn der Richtungssinn der Gewinde gleich ist. Der Hebel ändert dadurch seine Neigung, da er eine Drehbewegung um das Biegegelenk ausführt. Im oben erwähnten Beispiel ergibt sich mit Gewindesteigungen von 0,7 mm und 0,8 mm eine Abstands änderung von 0,1 mm für eine Umdrehung der Differentialschraube, und da mit eine Winkeländerung von ca. 2 mrad. Die Justierung kann also deutlich feinfühliger erfolgen als zuvor. Da die doppelte Verschraubung nun vor Vib rationen in zwei Richtungen schützt, kann eine zusätzliche Klemmung des Hebels entfallen. Zusätzlich ist die Differentialschraube durch die axialen Kräfte, die bei der Verformung des Biegegelenkes entstehen, vorgespannt. Durch die gegenseitige Verkippung der beiden Bohrlöcher der Differential schraube wird diese außerdem geklemmt; sie ist damit also selbstsichernd verschraubt.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Fig. 1, in der eine erfindungsge mäße Ausführung einer Vorrichtung zur Justage eines Abtastkopfes gezeigt ist.

In Fig. 1 erkennt man einen Maßstab 1 mit einer Maßverkörperung 2 in Form einer Inkrementalteilung. Der Maßstab 1 sei im Beispiel fest mit der (nicht gezeichneten) Maschine verbunden. Eine Justiervorrichtung 3 ist mit einem (ebenfalls nicht gezeichneten) längs der Meßrichtung X beweglichen Teil der Maschine verbunden.

Die Justiervorrichtung 3 ist aus einem Stück gefertigt und besteht aus ei nem Sockel 4, an dem von einem Biegegelenk 5 ein Hebel in Form einer Halterung 6 schwenkbar gehalten wird. Dabei erlaubt das als Steg zwischen Sockel 4 und Halterung 6 ausgebildete Biegegelenk 5 eine Verdrehung der Halterung 6 um eine Achse senkrecht zur Ebene der Maßverkörperung 2.

Die Halterung 6 weist eine Öffnung 7 zur Aufnahme der Abtasteinheit 8 auf. Die Abtasteinheit 8 enthält eine Abtastplatte 9, deren Ausrichtung bezüglich der Maßverkörperung 2 eingestellt werden muß, um z. B. Moiré-Effekte zu vermeiden bzw. solche Effekte im gewünschten Maß zu erzielen. Ein nicht gezeichneter Sensor sitzt hinter der Abtastplatte 9, oder der Sensor selbst ist so strukturiert, daß er die Funktion der Abtastplatte 9 erfüllt.

Die Halterung 6 weist an der dem Biegegelenk 5 gegenüberliegenden Seite eine Bohrung 10 mit Innengewinde 11 auf. Weiter erkennt man am Sockel 4 einen Arm 12, der eine Bohrung 13 mit Innengewinde 14 trägt, so daß Boh rung 10 und Bohrung 13 auf einer gemeinsamen Achse liegen. Zwischen der Halterung 6 und dem Sockel 4 bleibt ein Spalt 15, der der Halterung 6 eine Verkippung um das Biegegelenk 5 erlaubt. Bohrung 10 weist nun einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser der Bohrung 13. Dies erlaubt bei der Montage der Differentialschraube 16 ein einfaches Durch stecken und Verschrauben. Es sind aber auch Lösungen mit gleichen Durchmessern denkbar.

Die Steigung von Innengewinde 11 ist größer als die Steigung von Innen gewinde 14. Eine Differentialschraube 16 weist in einer Hälfte ein Gewinde 11.1 mit einer Gewindesteigung und einem Durchmesser passend zu Innen gewinde 11 auf, in der anderen Hälfte ein Gewinde 14.1 mit einer Gewinde steigung und einem Durchmesser passend zu Innengewinde 14.

Die Differentialschraube 16 wird noch vor der Montage der Abtasteinheit 8 mit Sockel 4 und Halterung 6 verschraubt, um das Biegegelenk 5 vorzu spannen. Durch die unterschiedlichen Steigungen der Innengewinde 11 und 14 wird dabei der Spalt 15 vergrößert oder verkleinert, je nach Richtungssinn der Innengewinde 11 und 14 und Drehrichtung der Differentialschraube 16. In diesem Zustand kann dann die Abtasteinheit 8 an die Halterung 6 mon tiert und nach einer groben Justierung an den Bohrungen 17 und 18 ver schraubt werden. Durch Drehung der Differentialschraube 16 kann nun der Winkel zwischen der Abtastplatte 9 und der Maßverkörperung 2 durch Ver drehung der Halterung 6 um das Biegegelenk 5 verstellt werden.

Die Breite des Spaltes 15 ändert sich zwischen den Bohrungen 10 und 13 bei einer Umdrehung der Differentialschraube 16 gerade um die Differenz der Steigungen der Innengewinde 11 und 14, die Justierung kann also be sonders feinfühlig erfolgen.

Da sich durch die beidseitige Verschraubung mittels der Differentialschraube 16 die Halterung 6 in Richtung der Bohrungen 10 und 13 nicht mehr bewe gen kann, treten keine Vibrationen in dieser Richtung mehr auf. Das Biege gelenk 5 ist blockiert, eine zusätzlich Klemmschraube ist nicht mehr nötig.

Ordnet man außerdem, wie gezeigt, das Biegegelenk 5 so an, daß es mit dem gemeinsamen Schwerpunkt SP von Abtasteinheit 8 und Halterung 6 auf einer Achse parallel zur Meßrichtung X liegt, tritt bei Beschleunigung der Justiervorrichtung 3 in Meßrichtung X kein Drehmoment bezüglich der oben definierten Drehachse des Biegegelenkes 5 auf. Dies trägt weiter zur Stabi lität der Anordnung bei.

Eine weitere Versteifung der Justiervorrichtung ergibt sich, wenn die Arme 12 und 19 des Sockels 4 durch Rippen 20 und 21 verstärkt werden, die in Meßrichtung X und senkrecht zum Maßstab 1 verlaufen.

In Abwandlung der Erfindung kann auch vorgesehen werden, die erfin dungsgemäße Justiervorrichtung in die Abtasteinheit zu integrieren und so nur die Abtastplatte selbst oder einen als Abtastplatte wirkenden Sensor zu justieren.

Das beschriebene Prinzip zur Justierung von Abtasteinheiten läßt sich vor teilhaft nicht nur in auf optischer Abtastung beruhenden Längen- und Win kelmeßgeräten verwenden. Der Einsatz ist auch in anderen Systemen denkbar, die z. B. auf magnetischen Maßverkörperungen beruhen und über magnetoresistive Sensoren oder Hall-Sensoren abgetastet werden; ebenso sind kapazitive oder induktive Sensoren mit entsprechenden Maßverkörpe rungen denkbar.

Claims

1. Längen- oder Winkelmeßgerät mit einer Maßverkörperung (2), der eine Abtasteinheit (8) gegenüberliegt, mit einer Justiervorrichtung (3), beste hend aus einem Sockel (4) und einer die Abtasteinheit (8) tragenden Halterung (6), dadurch gekennzeichnet, daß diese Justiervorrichtung eine Differentialschraube (16) mit zwei Gewinden (11.1, 14.1) verschie dener Steigung enthält, die mit ihrem ersten Gewinde (11.1) mit der Halterung (6) verschraubt ist und die mit ihrem zweiten Gewinde (14.1) mit dem Sockel (4) verschraubt ist.

2. Längen- oder Winkelmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Justiervorrichtung (3) ein Biegegelenk (5) aufweist, über das der Sockel (4) und die Halterung (6) gegeneinander verdrehbar sind.

3. Längen- oder Winkelmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der Sockel (4), das Biegegelenk (5) und die Halterung (6) aus einem Stück gefertigt sind.

4. Längen- oder Winkelmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß das Biegegelenk (5) und der gemeinsame Schwerpunkt SP von Abtasteinheit (8) und Halterung (6) auf einer Achse parallel zur Meß richtung X liegen.

5. Längen- oder Winkelmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß das Biegegelenk (5) und die Bohrung (13) tragende Arme (12, 19) durch Rippen (20, 21) versteift sind.

6. Längen- oder Winkelmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde (11.1, 14.1) der Diffe rentialschraube (16) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

7. Längen- oder Winkelmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Differentialschraube (16) durch die gegenseitige Verkippung der Bohrungen (10, 13) um das Biegegelenk (5) selbstsichernd geklemmt wird.